專利名稱：伽馬相機(jī)和利用伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輻射檢測領(lǐng)域，其涉及一種用于放射源定位、核素識別的伽馬相機(jī)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種便攜式實(shí)時成像的伽馬相機(jī)。另外，本發(fā)明還涉及一種利用所述伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法。
背景技術(shù)：
具有放射源定位及核素識別功能的便攜式伽馬相機(jī)是一種近些年才被開放出來的放射性物質(zhì)監(jiān)控設(shè)備。相對于其他的核素識別設(shè)備(RID)而言，它可以對放射源進(jìn)行遠(yuǎn)距離定位。進(jìn)一步地，通過光學(xué)攝像設(shè)備獲取被監(jiān)測對象的視頻圖像，結(jié)合視頻圖像的使用，可以確定放射源的具體物理位置。圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的一種伽馬相機(jī)的原理示意圖。參見圖1，現(xiàn)有技術(shù)中的伽馬相機(jī)包括編碼板10和位置靈敏探測器20。下面結(jié)合能量在El和E2之間的光子對其結(jié)構(gòu)和工作原理簡要說明如下編碼板10為平面板，其上的某些區(qū)域?qū)δ芰吭贓l和E2之間的光子透明，而某些區(qū)域?qū)@樣的光子不透明。透明和不透明的區(qū)域稱之為“編碼元素”，其都具有相同的大小， 而且是以一種事先確定的方式，例如Fresnel zones模式和隨機(jī)小孔模式分布的。另外，該伽馬相機(jī)還包括位置靈敏探測器20，例如位置靈敏光電倍增管(PSPMT)。位置靈敏探測器 20由多個探測器單元構(gòu)成，它的位置分辨率與編碼孔匹配，而且只對能量在El和E2之間的光子敏感。如圖1所示，兩個方向的射線R1，R2透過編碼板10上的透明區(qū)域(也可以稱為編碼孔)照射同一個位置敏感探測器20。這樣，探測器就記錄了編碼孔圖案的兩個投影，每個投影都是對射線源對應(yīng)點(diǎn)源位置的編碼，每個投影的強(qiáng)度就構(gòu)成對應(yīng)點(diǎn)源強(qiáng)度的編碼。根據(jù)探測器得到的投影信息，就可以反推出射線源的分布情況。但是，現(xiàn)有的伽馬相機(jī)存在一個不可忽視的問題為了得到質(zhì)量較好的編碼重建圖像，圖像重建算法不但需要投影數(shù)據(jù)的統(tǒng)計性較好，而且需要采集正反模式下的兩組投影數(shù)據(jù)，這樣才能重建出清晰的圖像。由此，在實(shí)際的尋找放射源的過程中，需要將伽馬相機(jī)放置在一個位置上，長時間采集數(shù)據(jù)。具體而言，在第一次采集數(shù)據(jù)之后，需要旋轉(zhuǎn)編碼板90度后以得到相反模式的編碼板進(jìn)行第二次采集數(shù)據(jù)，這樣效率較低，致使工作人員在輻射場中滯留時間較長。另外，由于需要分兩次采集正反兩種模式的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建，因此無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時成像。由此，這將大大影響巡檢模式下的編碼成像的速度，從而不能實(shí)現(xiàn)快速定位放射源的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，本發(fā)明的目的旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和缺陷的至少一個方
相應(yīng)地，本發(fā)明的目的之一在于提供改進(jìn)的伽馬相機(jī)，其能夠提高放射源定位的探測效率。本發(fā)明的另一目的在于提供一種改進(jìn)的伽馬相機(jī)，其能夠?qū)崿F(xiàn)兩種模式數(shù)據(jù)的同時采集、同時處理，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時成像。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，其提供一種伽馬相機(jī)，包括第一伽馬成像單元，其包括 第一編碼板，具有由多個編碼元素構(gòu)成的第一圖案；以及第一探測器，所述第一探測器用于檢測穿透所述第一編碼板的輻射射線；第二伽馬成像單元，其包括第二編碼板，具有由多個編碼元素構(gòu)成的第二圖案；以及第二探測器，所述第二探測器用于檢測穿透所述第二編碼板的輻射射線，其中所述第一圖案和第二圖案構(gòu)成相反圖案。本發(fā)明將編碼板和探測器加倍，在提高探測效率的同時，實(shí)現(xiàn)了兩種模式數(shù)據(jù)的同時采集、同時處理，這樣就縮短了整個采集處理過程的時間，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時成像創(chuàng)造了前提。在一種具體實(shí)施方式
中，所述第一、第二伽馬成像單元的縱向軸線相互平行，并且限定有相同的成像區(qū)域。優(yōu)選地，第一伽馬成像單元與第二伽馬成像單元之間設(shè)置有屏蔽件，以防止入射到第一伽馬成像單元與第二伽馬成像單元中的輻射射線發(fā)生相互干擾。進(jìn)一步地，所述伽馬相機(jī)包括屏蔽外殼，所述第一、第二伽馬成像單元設(shè)置于所述屏蔽外殼中，以防止成像區(qū)域以外的輻射射線進(jìn)入到所述第一、第二伽馬成像單元中。在一種實(shí)施方式中，所述伽馬相機(jī)還包括光學(xué)攝像裝置，其成像區(qū)域設(shè)置成與所述第一、第二伽馬成像單元的所述成像區(qū)域相同。在上述實(shí)施方式中，所述編碼元素為具有相同形狀的透明區(qū)域和不透明區(qū)域之一，所述透明區(qū)域允許預(yù)定能量范圍的輻射射線穿透，所述不透明區(qū)域不允許預(yù)定能量范圍的輻射射線穿透。更具體地，所述第一、第二探測器的每一個包括閃爍體或閃爍體陣列；光電倍增管，其與所述閃爍體或閃爍體陣列相連以獲將來自所述閃爍體或閃爍體陣列的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。在一種具體實(shí)施例中，所述閃爍體或閃爍體陣列為NaI或CsI或LaBr3或LaCl3閃爍體或閃爍體陣列。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，其提供一種利用伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法，包括步驟提供前述任一方面中的伽馬相機(jī)；同時利用第一、第二伽馬成像單元對成像區(qū)域進(jìn)行成像以分別獲得第一、第二圖像；疊加第一、第二圖像以獲得消除偽影的重建圖像。在一種實(shí)施方式中，所述方法還包括步驟采用光學(xué)攝像裝置采集所述成像區(qū)域的光學(xué)圖像；將所述重建圖像與所述光學(xué)圖像疊加，以獲得輻射源分布圖。本發(fā)明的上述不特定的實(shí)施方式至少具有下述一個或者多個方面的優(yōu)點(diǎn)和效果1.根據(jù)編碼孔成像的原理，本發(fā)明使用了兩套編碼板和探測器，由此可以避免旋轉(zhuǎn)或更換編碼板的操作，從而提高巡檢模式下的編碼成像的速度，從而達(dá)到快速定位放射源的目的。2.由于采用正反兩種模式(或稱之為互補(bǔ)形狀的編碼板)的編碼板，因此可以同時采集正反兩種模式的兩組投影數(shù)據(jù)，并同時傳輸給數(shù)據(jù)處理單元，通過疊加第一、第二圖像以獲得消除偽影的重建圖像，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時成像。3.同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有設(shè)計合理、圖像重建時間短、可實(shí)時顯示圖像、尋源效率高等特點(diǎn)。相應(yīng)地，本技術(shù)可廣泛適用于任何需要對放射性物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測控制的地點(diǎn)，如海關(guān)口岸、核物理實(shí)驗(yàn)室、核電站、核廢料掩埋場所或貯藏庫、醫(yī)院、武器制造廠等。


圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)中的伽馬相機(jī)及編碼孔成像原理的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
中的伽馬相機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2A是伽馬相機(jī)的俯視圖，圖2B是伽馬相機(jī)的正視圖；以及圖3是根據(jù)本發(fā)明的一種利用利用伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖1-3，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標(biāo)號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本發(fā)明實(shí)施方式的說明旨在對本發(fā)明的總體發(fā)明構(gòu)思進(jìn)行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本發(fā)明的一種限制。參見圖2A-2B，其示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的伽馬相機(jī)100，其包括第一伽馬成像單元1，其包括第一編碼板11，具有由多個編碼元素61、62構(gòu)成的第一圖案； 以及第一探測器21，用于檢測穿透所述第一編碼板11的輻射射線；第二伽馬成像單元2，其包括第二編碼板12，具有由多個編碼元素61、62構(gòu)成的第二圖案；以及第二探測器22，用于檢測穿透第二編碼板12的輻射射線，其中第一圖案和第二圖案構(gòu)成相反圖案。在一種具體實(shí)施方式
中，第一、第二伽馬成像單元1、2的縱向軸線相互平行，并且限定有相同的成像區(qū)域60。如圖2A所示，第一、第二伽馬成像單元1、2并排設(shè)置或以平行方式結(jié)合成一體結(jié)構(gòu)。相對于穿過圖2A中的假想中心線，第一、第二編碼板11、12以及第一、第二探測器21、22設(shè)置成相互對稱，由此，第一、第二伽馬成像單元1、2具有相同的成像區(qū)域60。優(yōu)選地，第一伽馬成像單元1與第二伽馬成像單元2之間設(shè)置有屏蔽件30，以防止入射到第一伽馬成像單元1與第二伽馬成像單元2中的輻射射線發(fā)生相互干擾。進(jìn)一步地，伽馬相機(jī)100包括屏蔽外殼40，第一、第二伽馬成像單元1、2設(shè)置于屏蔽外殼40中，以防止成像區(qū)域60以外的輻射射線進(jìn)入到第一、第二伽馬成像單元1、2中，避免成像系統(tǒng)的信噪比下降。圖2所示，本發(fā)明的伽馬相機(jī)100的編碼板11、12安裝伽馬相機(jī)100在屏蔽殼體 40的前部，與探測器21、22探測表面平行放置且有一定的距離，該距離根據(jù)伽馬相機(jī)的成像視角確定，距離越大視角越小，距離越小視角越大。如圖2B所示，編碼板11、12由多個編碼元素61、62構(gòu)成。在圖2表中，編碼元素 61指代不允許預(yù)定能量范圍的輻射射線穿透的不透明區(qū)域，編碼元素62指代允許預(yù)定能量范圍的輻射射線穿透的透明區(qū)域。該透明區(qū)域和不透明區(qū)域具有相同的形狀。編碼板 11、12的材料及厚度應(yīng)該兼顧阻擋射線和編碼元素長度兩個方面為了能有效阻擋伽馬射線，編碼板11、12應(yīng)該盡量厚；但考慮到編碼成像的需要，編碼板又應(yīng)該盡量薄。因此，選擇鎢作為編碼板材料比較合適，可以使編碼板在比較薄的情況下有效阻擋伽馬射線。圖2中所示的結(jié)構(gòu)是由兩個幾乎相同且相對獨(dú)立的編碼成像單元組成的，唯一有區(qū)別是二者的編碼板11、12，它們是相反結(jié)構(gòu)(或者說結(jié)構(gòu)互補(bǔ))的兩塊編碼板。具體地說，如圖2B所示，編碼板11、12是由透明區(qū)域62和不透明區(qū)域61上按照預(yù)定的方式，例如 Fresnel zones模式和隨機(jī)小孔模式排列構(gòu)成。例如在本實(shí)施例中，多個編碼元素61、62構(gòu)成4X4的陣列。顯然，本發(fā)明不僅限于此，而可以是其它pXq(p、q是大于2的整數(shù))的陣列。相反結(jié)構(gòu)或互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的編碼板11、12指編碼板相同位置的透明區(qū)域和不透明區(qū)域的設(shè)置相反或互補(bǔ)。如圖2B所示，在編碼板11上處第一行和第一列位置的編碼元素61為不透明區(qū)域，而在編碼板11上處第一行和第一列位置的編碼元素62與上述編碼元素61相反或互補(bǔ)，其為透明區(qū)域，此時也可稱此透明區(qū)域62為編碼孔。雖然在圖2B中，編碼元素61、62 的形狀是正方形的，但是本發(fā)明并不僅限于此，編碼元素的形狀可以是任意形狀。根據(jù)編碼成像原理，單個編碼成像單元單次得到的重建圖像效果是很差的，偽影較多。然而，使用相反或互補(bǔ)編碼板11、12的兩個編碼成像單元對同一成像區(qū)域60成像后， 把兩者相疊加將可以得到效果理想的重建圖像。在一種實(shí)施方式中，參見圖2A和圖2B，伽馬相機(jī)100還包括光學(xué)攝像裝置50，其成像區(qū)域60設(shè)置成與第一、第二伽馬成像單元1、2的成像區(qū)域60相同。更具體地，第一、 第二探測器21、22的每一個包括閃爍體或閃爍體陣列211、221，例如NaI或CsI或LaBr3 或LaCl3閃爍體或閃爍體陣列；光電倍增管212、222，其與閃爍體或閃爍體陣列211、221，例如NaI或CsI或LaBr3或LaCl3閃爍體或閃爍體陣列，相連以獲將來自閃爍體或閃爍體陣列的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。從光電倍增管212、222上獲取的電信號輸出到圖像處理單元(圖中未示出)，例如計算機(jī)、CPU處理單元。圖像處理單元對電信號進(jìn)行處理，以重建有關(guān)輻射強(qiáng)度的圖像，并可以通過顯示單元，例如LCD顯示屏(圖中未示出)進(jìn)行顯示。下面，結(jié)合附圖2-3對根據(jù)本發(fā)明的利用上述伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法進(jìn)行簡要說明。如圖2所示位置放置兩組位置靈敏探測器與編碼板，即提供第一、第二伽馬成像單元1、2，以保證兩組成像系統(tǒng)是對同一成像區(qū)域60成像(Si)。同時，在上述第一、第二伽馬成像單元1、2中，其中第一編碼板11上的第一圖案和第一編碼板12上的第二圖案構(gòu)成相反圖案。接下來，同時利用第一、第二伽馬成像單元1、2對成像區(qū)域60進(jìn)行成像以分別獲得第一、第二圖像(S》。如前所述，根據(jù)編碼成像原理，單個編碼成像單元單次得到的重建圖像效果是很差的，偽影較多。為此，將第一、第二圖像疊加以獲得消除偽影的重建圖像。 進(jìn)一步地，在另一種實(shí)施方式中，方法還包括步驟采用光學(xué)攝像裝置50采集成像區(qū)域60 的光學(xué)圖像；將重建圖像與光學(xué)圖像疊加，以獲得輻射源分布圖。雖然本總體發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例已被顯示和說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離本總體發(fā)明構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對這些實(shí)施例做出改變，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求和它們的等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種伽馬相機(jī)，包括 第一伽馬成像單元，其包括第一編碼板，具有由多個編碼元素構(gòu)成的第一圖案；以及第一探測器，所述第一探測器用于檢測穿透所述第一編碼板的輻射射線； 第二伽馬成像單元，其包括第二編碼板，具有由多個編碼元素構(gòu)成的第二圖案；以及第二探測器，所述第二探測器用于檢測穿透所述第二編碼板的輻射射線，其中所述第一圖案和第二圖案構(gòu)成相反圖案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伽馬相機(jī)，其特征在于所述第一、第二伽馬成像單元的縱向軸線相互平行，并且限定有相同的成像區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的伽馬相機(jī)，其特征在于第一伽馬成像單元與第二伽馬成像單元之間設(shè)置有屏蔽件，以防止入射到第一伽馬成像單元與第二伽馬成像單元中的輻射射線發(fā)生相互干擾。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伽馬相機(jī)，其特征在于所述伽馬相機(jī)還包括屏蔽外殼，所述第一、第二伽馬成像單元設(shè)置于所述屏蔽外殼中，以防止成像區(qū)域以外的輻射射線進(jìn)入到所述第一、第二伽馬成像單元中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的伽馬相機(jī)，其特征在于還包括光學(xué)攝像裝置，其成像區(qū)域設(shè)置成與所述第一、第二伽馬成像單元的所述成像區(qū)域相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的伽馬相機(jī)，其特征在于所述編碼元素為具有相同形狀的透明區(qū)域和不透明區(qū)域之一，所述透明區(qū)域允許預(yù)定能量范圍的輻射射線穿透，所述不透明區(qū)域不允許預(yù)定能量范圍的輻射射線穿透。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的伽馬相機(jī)，其特征在于所述第一、第二探測器中的每一個包括閃爍體或閃爍體陣列；光電倍增管，其與所述閃爍體或閃爍體陣列相連以獲將來自所述閃爍體或閃爍體陣列的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的伽馬相機(jī)，其特征在于所述閃爍體或閃爍體陣列為NaI或CsI或LaBr3或LaCl3閃爍體或閃爍體陣列。
9.一種利用伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法，包括步驟 提供如權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)所述的伽馬相機(jī)；同時利用第一、第二伽馬成像單元對成像區(qū)域進(jìn)行成像以分別獲得第一、第二圖像； 疊加第一、第二圖像以獲得消除偽影的重建圖像。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法，其特征在于所述伽馬相機(jī)還包括光學(xué)攝像裝置，其成像區(qū)域設(shè)置成與所述第一、第二伽馬成像單元的所述成像區(qū)域相同。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的利用伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法，其特征在于還包括步驟采用光學(xué)攝像裝置采集所述成像區(qū)域的光學(xué)圖像； 將所述重建圖像與所述光學(xué)圖像疊加，以獲得輻射源分布圖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種伽馬相機(jī)，包括第一伽馬成像單元，包括第一編碼板，具有由多個編碼元素構(gòu)成的第一圖案；以及第一探測器，用于檢測穿透所述第一編碼板的輻射射線；第二伽馬成像單元，其包括第二編碼板，具有由多個編碼元素構(gòu)成的第二圖案；以及第二探測器，用于檢測穿透所述第二編碼板的輻射射線，其中所述第一圖案和第二圖案構(gòu)成相反圖案。另外，本發(fā)明還公開了一種利用伽馬相機(jī)檢測輻射射線的方法。由于本發(fā)明使用了兩套編碼板和探測器，因此可以同時采集正反兩種模式的兩組投影數(shù)據(jù)，并同時傳輸給數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行圖像重建以實(shí)現(xiàn)實(shí)時成像，從而提高巡檢模式下的編碼成像的速度，從而達(dá)到快速定位放射源的目的。
文檔編號G01T1/20GK102540238SQ20101062010
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者王強(qiáng), 趙崑 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司